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文档简介
第8章:集成数/模和模/数转换器§8-1集成数/模转换器(DAC)§8-2集成模/数转换器(ADC)§8-1集成数/模转换器(DAC)一、DAC的概念二、集成D/A转换技术三、DAC的主要技术指标四、DAC的选用五、典型集成DAC及其应用一、DAC的概念DAC:
把输入的数字量变换成与之成一定比例的模拟量。D:n位数字量K:比例常数VREF:参考电压VLSB:最小输出电压(D=1时的输出电压)二、集成D/A转换技术1、权电阻网络DAC特点:电阻取值太多,不利于集成。2、T型电阻网络DAC电流相加型特点:流过开关的电流变化较大,开关的内阻影响ADC精度。3、倒T型电阻网络DAC特点:开关的接触电阻影响转换精度。4、电流激励型DAC特点:用恒流源IREF,开关用差分放大器,速度高。三、DAC的主要技术指标VLSB:最小输出电压,输入D只有最低位为1时的输出电压。VFSR:满量程输出电压,输入D的各位都为1时的输出电压。2、转换误差
DAC转换误差产生的原因有许多,包括参考电压的偏差、运放的零点漂移、电阻网络阻值的偏差、电子开关有压降等。①、绝对误差实际值和理想值之间的最大差值。通常用VLSB或LSB表示。如:1/2VLSB等。②、相对误差绝对误差和满量程的比值。通常用满量程FSR的百分数表示。如:0.1%FSR。转换速度是指从输入数字信号变化,到输出电流或电压达到稳态值所需要的时间,也称作输出建立时间。低速:建立时间≧300μs,
工作速度≦3.3KHz中速:建立时间10~300μs,
工作速度100~3.3kHz高速:建立时间0.01~10μs,
工作速度100MHz~100kHz3、转换速度4、几种
集成DAC芯片的参数四、DAC的选用集成DAC芯片的品种很多,在选用时,首先要考虑的是转换精度和转换速度等参数,一般来说,精度高、速度快的芯片价格高,对与其配套的元器件要求、印制电路板要求也高。因此,应选择适合设计要求的芯片。DAC选用时的考虑因素①、输入数字量的特征;②、输出特性;③、参考电源的特征;④、动态特性;⑤、电源特性;⑥、工作环境要求;⑦、数字接口特性等。五、典型集成DAC及其应用1、DAC0832原理框图
2、DAC0832内的倒T形网络3、双缓冲工作方式和时序4、单缓冲工作方式5、直通工作方式6、双极性电压输出电路6、双极性电压输出电路(续)§8-2集成模/数转换器(ADC)一、A/D转换的步骤二、集成A/D转换技术三、ADC的主要技术指标四、ADC的选用五、典型集成ADC及其应用ADC:把模拟信号转换为一定格式的数字量。一、A/D转换的步骤1、采样和保持采样:以一定的周期读取输入信号,在时间上把信号离散化,采样频率fs≥2fAmax,其中fAmax为信号的最大频率分量。保持:使读取的信号在周期内不变,A/D转换时,输入信号保持不变。采样保持前后的信号变化集成采样保持器(S-H)LF398电路原理图2、量化和编码量化:把取样电平归一化到最接近的离散电平上, 在取值上离散化。量化误差:四舍五入、±1/2VLSB;去零求整、VLSB。编码:用二进制码表示离散电平。二、集成A/D转换技术1、并行型A/D转换器特点:
转换速度快(100MHz以上),器件量过大,精度不高。并行ADC输入输出关系表2、串/并行型A/D转换器特点:兼顾转换速度和器件量。3、逐次比较型A/D转换器特点:转换速度中速(几十K到几百KHz), 成本较低。12位二进制ADC电压3255量化单位的比较过程(CB7)16=32554、双积分型A/D转换器1、抗干扰能力强。2、电路结构简单。3、编码方便。4、转换速度低。1、开始时,计数器为零,电容C上电压为零。2、第一阶段:S1接通,S2断开,积分器对VA积分,G为高,门开,计数器计数,直到计满,计数器重新回零。3、第二阶段:S2接通,S1断开,积分器对-VREF积分,G为高,门开,计数器计数,直到G低,门关,计数器停止计数。双积分型A/D转换器工作原理例:双积分型ADC双积分型ADC中计数器是十进制的,其最大容量为N1=(2000)10,时钟频率fCP=10kHz,参考电压VREF=-6V,试求:①完成一次转换的最长时间Tmax;②当输出N2=(369)10时,对应的输入电压VA的大小。三、ADC的主要技术指标二、转换误差:绝对误差:定义为输出数字量对应的理论模拟值与实际输入模拟值之间的差值(±1/2LSB,±1LSB)。相对误差:定义为上述差值与额定最大输入模拟值的百分数(±0.05%,±0.1%)。三、转换时间:ADC完成一次转换所需的时间。几种集成ADC参数四、ADC的选择在选用ADC时,首先考虑的是分辨率、线性度、相对精度以及转换时间等参数,另外考虑:①输入模拟信号的性质;②输出数字量的特性;③参考电源的特征;④供电电源特性;⑤工作环境要求;⑥接口特性;⑦体积、成本等非逻辑因素。五、典型集成ADC及其应用1、ADC0809简介ADC0809时序图2、MC14433及其应用VDD、VEE、VSS:正电源、负电源和地;VREF、VAG:基准电源正和模拟地;VI:模拟输入;R1、R1/C1、C1:外接积分电阻、积分电容;C01、C02:外接自动调零电容;LI、CLO:时钟输入、输出端,外接振荡电阻即可产生时钟信号。2、MC14433及其应用(续)DL:实时控制端,输入正脉冲,则输出本次D转换结果;EOC:A/D转换结束标志输出;/OR:超量程信号输出端;DS4~DS1:位选通信号,表示当前输出是个、十、百、千位;Q3~Q0:数据输出,分时输出转换结果的个、十、百、千位数值的BCD码(千位的输出特殊)。M
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